Замена БМГ в вопросах и ответах

Для очень многих специалистов всё чаще и чаще вопросы восстановления данных превалируют над вопросами ремонта. Связано это, прежде всего, с тем, что компьютерная индустрия развивается громадными темпами, и для того, чтобы удержаться на плаву, многим производителям компьютерного «железа» приходится выбрасывать в продажу «сырые» модели того или иного устройства. Такого рода гонки весьма отрицательно сказываются на качестве выпускаемой продукции; коснулось это и накопителей на жёстких магнитных дисках. При огромных объёмах продаж зачастую очень низкое качество HDD приводит в итоге к тому, что в один прекрасный момент накопитель перестает определяться системой. Бывают случаи, когда накопитель начинает стучать, или издавать скрежещущие либо шипящие звуки — это в 70% случаев обозначает «мёртвую» головку или коммутатор-предусилитель. В таком случае необходима хирургия — замена блока магнитных головок (БМГ) или перепайка коммутатора.

Коммутатор (правильно: коммутатор-предусилитель, preamplifier) — это небольшой чип, расположенный, как правило, на БМГ (блок магнитных головок) или на шлейфе, ведущем от БМГ к разъему управления головками и VCM (Voice Coil Motor — звуковая катушка; часть БМГ, отвечающая за позиционирование головок). На старых накопителях коммутатор обычно «многоног»; на новых накопителях все чаще стали использовать бескорпусные типы коммутаторов, прикрепляемые либо на токопроводящий клей непосредственно к контактным площадкам, либо припаиваемые по принципу BGA (рис 1, 2)

Рис. 1. БМГ накопителя Hitachi серии ATMR (форм-фактор 2,5′)
с бескорпусным коммутатором.

Рис. 2. Коммутатор в корпусном исполнении
(накопитель Seagate Barracuda IV).

Работа с коммутатором — это всегда сложности, ибо коммутатор практически не переносит статического электричества. В случае необходимости перепайки этого устройства (если, конечно, это возможно конструктивно), необходимо придерживаться ряда правил, которые обезопасят коммутатор от внезапной кончины в результате неосторожного прикосновения пальцем: заземлить корпус накопителя; заземлить жало паяльника; заземлиться самому; использовать 12-вольтовый паяльник.

На самом деле, это вопрос из категории философских. Однозначного ответа часто не даёт даже вскрытие — приходится полагаться на опыт, ну и, конечно, на программное обеспечение. Например, используя программно-аппаратный комплекс РС3000, можно уверенно определить проблемную головку накопителей IBM, Western Digital, некоторых Seagate и пр., используя функции проверки поверхности сервисной области.

Старые накопители, при всей их очевидной надежности (имеются в виду накопители ёмкостью от 20 до 512 мегабайт), постепенно умирают, причем их главная проблема — именно головки (пластины (media) в них стоят весьма надежные, да и электроника из разряда «кондовая»). На рис. 3 изображена «задравшаяся» головка накопителя Quantum Pro Drive LPS емкостью 406 Мбайт. Задранная головка — это большой риск, т.к. в этом случае задранная часть головки царапает соответствующую поверхность пластины, что может привести к быстрому запиливанию поверхности. Кроме задиров, головки могут быть также оборваны, обычно это встречается у накопителей IBM, когда головка болтается на куске собственной катушки, а рычаг крепления головки нещадно пилит диск. Конечно, последнее встречается нечасто, однако если уж случилось, то соответствующая поверхность погибает полностью.

Рис. 3. «Задранная» головка накопителя Quantum Pro Drive LPS.

Возможны такие типы неисправностей головки, когда вышел из строя считывающий или записывающий её элементы, причём внешне это никак не проявляется (например, обрыв в проводниках от коммутатора к соответствующей катушке головки, обрыв или короткое замыкание в самой головке) — определить такой тип неисправности головки можно только используя омметр, замеряя сопротивления катушек и соответствующих проводников и сравнивая их с эталонными значениями.

Накопитель также может стучать, если неисправна микросхема коммутатора. Определить неисправность коммутатора непросто, например, для накопителей Seagate потребуется подключить технологический разъем накопителя к COM-порту компьютера, используя специализированный конвертер, который собирается на базе двойного инвертора, схему можно найти здесь:
/seagate-rs-232-adapter-schematic, и используя COM-терминал, например, из комплекта поставки Norton Commander. При этом, при подключении питания накопителя, в терминал будет выдаваться следующее сообщение:

Interface task reset ....<skip>.... Head Mask 0000 Head Mask 0001 Head Mask 0002 Head Mask 0003

И так в цикле накопитель будет перебирать все головки от 0 до F, после чего он должен либо выйти на уровень F, либо остановить вал. У накопителей Quantum всех серий (включая последние, уже производившиеся под торговой маркой Maxtor — D540X и D740X) проблема коммутатора определяется по звуку: при старте накопителя будут слышны два удара, затем мотор накопителя изменит обороты, и будут слышны еще 4 удара, после чего накопитель выйдет в готовность. Для Western Digital умерший коммутатор также определяется по характерным звукам — после двух ударов упором позиционера об ограничитель накопитель остановит вал. Если у вас стучащий Maxtor, то проблема с головками — это продолжительный стук (дольше 30 секунд). Накопители Samsung при мертвом коммутаторе стучат несколько раз и также останавливают вал; однако такое же поведение может иметь винчестер Samsung, у которого проблемы с чтением критичных модулей служебной области.

Прежде всего, замену БМГ следует начать с правильного оборудования рабочего места. Ключевое слово здесь — чистота. Плотность записи современных накопителей очень велика, любая пылинка может закрыть от чтения несколько секторов с данными. Чистоты можно достичь разными способами. Наиболее оптимальный вариант — приобретение или изготовление чистой камеры. При этом должен обеспечиваться класс чистоты 10 — то есть на 1 кубометр воздуха должно присутствовать не более 10 частиц пыли. Можно, конечно, использовать камеры и с более низким классом чистоты — это зависит, прежде всего, от ваших материальных возможностей, однако успешность восстановления данных часто напрямую зависит именно от этого.

После подготовки чистого места для работы, необходимо подготовить необходимый инструмент (рис. 4):

Рис. 4. Инструменты, необходимые для проведения работ по замене головок.

Прежде всего, необходимо иметь набор отвёрток различного размера и конфигурации. Также понадобятся прямой и загнутый пинцеты, лучше — изготовленные из медицинской стали (мягкие могут оказаться «не в силах» захватить необходимый элемент). Понадобится также лупа и канцелярский нож. Также будут нужны: хорошая лампа, желательно с возможностью смены направления освещения, и блок питания ПК. Не забудьте также подготовить некоторые химикаты, а именно: спирт медицинский и спирт изопропиловый, а также резиновые перчатки, маску для лица и шапочку для волос. Известно, что сам человек является мощным источником мусора, особенно его волосы (пыль) и пальцы (жир) — поэтому необходимо защитить накопитель от всего этого безобразия.

Итак, если подготовка закончена, весь инструмент собран, необходимый уровень чистоты обеспечен — можно приступать непосредственно к замене БМГ. И первое, что вам тут понадобится — это практика.

Первое требование для успешного выполнения замены БМГ — это наличие опыта и, соответственно, практика. Я рекомендую приобрести несколько полумёртвых накопителей того производителя (а лучше — того же модельного ряда), для накопителя которого требуется замена головок, и произвести несколько тестовых замен. Если после таких замен вы уверены, что сможете нормально произвести замену головок на накопителе, с которого требуются данные — тогда в добрый путь! Если у вас нет такой уверенности — не жалейте времени на практику, поверьте — конечный результат будет приятен и вам, и вашему клиенту!

Отвечая на этот вопрос, видимо, мне придется дать несколько общих рекомендаций.

• Ни в коем случае не употреблять алкоголь перед заменой БМГ, и не делать замену на следующий день после обильных возлияний. Алкоголь притупляет реакции и замедляет моторные функции мозга. Рассеивается внимание. Кроме того, ощущается дискомфорт в голове, могут трястись руки и т.п. Лучше подождать день, чем потом кусать локти.
• Обязательно учитывать правила совместимости БМГ (об этом — чуть ниже).
• Держать в чистоте рабочее место и инструмент (на инструменте тоже может быть пыль).
• Не торопиться, соблюдать максимальную аккуратность.

Вот мы и подошли вплотную к проблеме совместимости. Донор — это накопитель, БМГ которого мы будем ставить вместо неисправного. Общими требованиями к подбору доноров являются: полностью идентичная реципиенту модель, тип гермоблока, идентичные микросхемы управления шпинделем и VCM и канала чтения-записи. Кроме того, для каждого производителя и для многих линеек существуют специфичные требования по подбору доноров — их нужно соблюдать вместе с общими требованиями (см. табл. 1).

Однако, даже при совпадении названия модели 1:1, при абсолютно идентичных платах электроники, вскрыв гермоблок донора, мы можем быть неприятно удивлены тем, что головки расположены по-разному и, следовательно, не могут быть использованы для пересадки. Избежать такого конфуза можно, если использовать признаки совместимости, указанные в табл. 1; для некоторых накопителей, кроме этих признаков, необходимо также использовать серийный номер — на его основе можно получить представление о количестве головок, используемых в данном гермоблоке. Это полезно особенно для новых накопителей Maxtor — например, автор встречал накопители Maxtor 6Y120L0 емкостью 120 Гбайт, с 3, 4 и даже 5 головками. Определить количество головок по серийному номеру можно для накопителей Maxtor, Quantum и Seagate (рис. 5, 6, 7), а именно:

Рис. 5. Серийный номер накопителя Maxtor 7Y250P0 (250 GB).
Второй символ серийного номера — количество установленных и используемых головок.

Рис. 6. Серийный номер накопителя Quantum Plus AS 40 GB.
Третий символ серийного номера —
количество установленных и используемых головок.

Рис. 7. Серийный номер накопителя Seagate Barracuda 7200.7 ST3200822A 200 GB.
Третий символ серийного номера кодирует количество используемых головок.

Замечу, что для Seagate и Quantum, если используется верхняя головка пакета, нижняя физически смонтирована почти всегда; для Fujitsu, Samsung, Western Digital, Maxtor это правило не соблюдается. Именно поэтому для этих накопителей одним из требований по подбору донора является совпадение версии прошивки или определенных символов в буквенно-цифровых кодах на этикетке.

Накопители внутри одного семейства, особенно, если производитель в настоящий момент продолжает выпуск накопителей этого семейства, могут модифицироваться, поэтому данные рекомендации следует выполнять неукоснительно, тогда вам не придется ломать голову, почему в вашем доноре при двух головках всего одна пластина, а в реципиенте их две.

Рис. 8 — Seagate Barracuda 7200.7, 40 GB. Стандартная прошивка 3.06,
одна головка, расположенная на верхней стороне поверхности.

Рис. 9 — То же самое, виден пластиковый рычаг парковочного механизма.

Рис. 11 — «Старичок» ST3660A и его ахиллесова пята — пластиковый ограничитель
(часто стуки этого и близких дисков связаны с тем, что ограничитель отклеивался).

Рефарб — это русификация английского слова refurbished, что означает «переработанный». Суть рефарба состоит в том, чтобы не выбрасывать вышедшие из строя устройства, но использовать их повторно, изменяя какие-то параметры, отключая «больные» головки, изменяя прошивку и т.п. Как примеры массового рефарба могут быть приведены появившиеся около года назад в продаже накопители линейки Maxtor N40P с корпусом, как у Maxtor Ares C64K и версией прошивки NAR61EA0, или накопители Western Digital бюджетных серий ЕВ и ВВ (рефарб WD можно легко отличить по наличию буквы R в серийном номере диска). Естественно, если производится рефарб накопителей, «больных» нулевой головкой, сама головка не отключается, вместо нее включается другая, и соответствующим образом изменяется прошивка накопителя (например, для Seagate Barracuda 7200.7 известны прошивки 3.53, 3.75, 8.75, для которых характерно использовать из полного пакета не больше 2 — 3 головок). Обычно при заводском ремонте в накопители не ставятся новые БМГ, а используется ресурс уже имеющихся. Поэтому можно уверенно говорить, что рефарб малопригоден для использования в качестве источника головок для их пересадки — существует достаточно большая вероятность, что такие головки не «приживутся» на новом месте в силу особенностей их износа.

Также не стоит забывать про такой важный фактор, как адаптивные параметры, которые рассчитываются под конкретный тип БМГ, плату электроники и гермоблок, и по этой причине уникальны. Несовпадение адаптивных параметров в служебной области реципиента с реальными характеристиками головок не даст полноценно забрать информацию с реципиента — более того, это может быть причиной стука уже заведомо хороших головок. Поэтому рефарб также нельзя рекомендовать для замены головок — вероятность того, что сильно поношенные головки приживутся в другом диске, невелика.

Реально существует немного типов систем парковок, грубо их все можно разделить на парковку внешнюю (за пределами пластин), и внутреннюю (непосредственно на пластинах, в специально отведённом месте). Соответственно, внутренняя парковка может быть наружной (используется наружный край поверхности — в настоящее время не применяется) и шпиндельной (парковочная зона расположена в непосредственной близости от оси шпинделя).

Внешняя парковка используется на всех современных накопителях форм-фактора 2,5 дюйма ввиду ее большей безопасности для поверхностей. Кроме того, она используется в накопителях IBM и Hitachi форм-фактора 3,5 дюйма (рис. 12 — 14). Иногда эта система парковки играет с накопителем злые шутки — если в процессе парковки происходит какой-то сбой (например, скачок напряжения), головки могут не запарковаться, либо, что еще хуже, вылететь из парковочных гнезд и задраться или оборваться. В этом случае следующая распарковка может привести к запиливанию накопителя.

Рис. 12 — Парковочная зона накопителя IBM серии AVER емкостью 40 Гбайт,
головки запаркованы.

Рис. 13 — накопитель Hitachi серии AVV2 емкостью 80 Гбайт, вывод головок из парковочной зоны.

Внешняя парковка также может использоваться в накопителях SCSI — при этом может парковаться до 12 головок! И если произойдет задирание головок в таких накопителях — запиливание неизбежно и случается за считанные секунды (рис. 15).

Рис. 15. Запил четырехпластинного (8 головок) SCSI накопителя IBM, произошедший по причине незапарковавшихся головок.

Внутренняя система парковки может быть выполнена в механическом ключе; этот тип широко распространен в новых сериях накопителей Seagate, в накопителях Quantum (рис. 9, 16, 17) и тонких Maxtor (рис. 18). У последних система парковки представляет собой довольно сложную пластиковую механическую конструкцию.

Рис. 16, 17. Система парковки головок накопителей Quantum.
Рис. 16 — Quantum Maverick.
Рис. 17 — Quantum Fireball LCT10.

Рис. 18. Система парковки головок накопителей Maxtor тонких серий Athena,
Nike, N40P, Ares C64K.

У полноформатных Maxtor, а также у Fujitsu и Western Digital система парковки имеет магнето-механический принцип действия. Суть принципа в следующем: для парковки накопитель использует магнит, закрепленный на ограничителе позиционера, который притягивает головки в парковочную зону (рис. 19, 20). На рис. 19 изображена схема механизма работы, на рис. 20 — сам механизм на примере дисков Western Digital. Как видно на рис. 19, головка притягивается прикрепленным к ее ограничителю магнитом к специальному выступу в конструкции позиционера; при этом конструкция весьма проста, но не лишена одного минуса: для распарковки головок требуется довольно сильный электромагнитный импульс — при определенных типах неисправностей платы электроники это может приводить к невозможности распарковки головок, кроме того, существует вероятность повреждения катушки VCM при подаче этого импульса (КЗ в катушке встречаются, например, у накопителей Maxtor серии Calypso).

Рис. 19. Схема системы парковки головок по магнето-механическому принципу.

Рис. 20. Система парковки по магнето-механическому принципу
накопителей Western Digital (WD200EB).

Головки нумеруются с нуля по одной простой причине — всё, что связано с электронными устройствами (а тем более — с компьютерными), подчиняется строго математическим законам. В математике цифра ноль — такая же цифра, как один или сто, и в десятичной или шестнадцатеричной системах счисления ноль начинает цифровой ряд. Традиционно в производстве НЖМД используется шестнадцатеричная система счисления — по нескольким причинам, одна из которых — для обозначения больших чисел в шестнадцатеричной системе требуется меньше символов (например, число 255 в шестнадцатеричном виде отображается как FF); кроме этого, стандартное слово из двух байт составляет 16 бит, что видимо также послужило основанием для выбора шестнадцатеричной системы счисления.

Принято нумеровать головки от нижней к верхней, самая нижняя физическая головка имеет номер 0, следующая за ней — 1, и т.д. (рис. 21). Следует заметить, что даже если какие-то головки отсутствуют физически, они все равно нумеруются (рис. 22). На приведённом на рис. 21 изображении (повреждённый пакет магнитных головок накопителя WDE9180) видно, что две нижние головки отсутствуют, и нумерация головок начинается с головки 2.

Рис. 21. Порядок нумерации головок чтения-записи НЖМД на примере SCSI Western Digital.

Рис. 22. БМГ накопителя WD600BB — физически представлены головки 0, 1 и 3, головка 2 отсутствует (проводники к ней не подходят).

Уже заземлились 😉 ? Что ж, приступим к главному вопросу — как менять головки? Первое, что требуется сделать — это определить и подобрать донора. Возможно, доноров потребуется больше, чем один — такое случается, если поверхности изношены настолько, что при чтении головки «сгорают» (именно сгорают — от возникающего при чтении на высоких скоростях из запиленных областей трения). Примеры применения больше чем одного донора — накопители Quantum Plus AS и Maxtor D540 — D740X.

Вслед за этим очищаем донора и реципиента, лучше всего с помощью спирта, т.к. их корпуса и платы электроники — источник мусора. Помещаем их в чистую камеру и начинаем процесс. Если у накопителя имеются винты, которые фиксируют ось вала шпинделя и (или) ось БМГ на крышке гермоблока, их необходимо открутить в первую очередь. Только после этого откручиваются винты, которые крепят крышку гермоблока к его станине. Снимать крышку следует осторожно, т.к. на ней может быть герметизирующая прокладка, которую не следует повреждать. После снятия крышки перед нами внутренности гермоблока во всей красе — шпиндельный двигатель, пластины, БМГ и электромагнитная система позиционирования. Для того, чтобы извлечь больные головки, нам потребуется частично разобрать эту систему.

Начать следует со снятия верхнего магнита системы позиционирования. Откручиваем все винты, которые его крепят, захватываем сам магнит тонкими кусачками и, упирая их в станину гермоблока, используя ее как основание рычага, извлекаем магнит. Держать его следует крепко, т.к. в HDD магниты сильные, если он вырвется — удар будет сильным, а последствия его — непредсказуемыми.

После снятия верхнего магнита перед нами будет катушка VCM и система позиционирования (рис. 23). Прежде всего, следует открутить винты, которые крепят разъем управления головок к станине (на рис. 23 — в верхнем правом углу гермоблока), и освободить его. После этого только нужно снимать элементы системы парковки и ограничители, которые мешают свободному выводу головок из пользовательской зоны. Если у вас диск, который имеет внешнюю систему парковки, следует сначала вывести головки из нее (завести их на пластины), при этом пластины следует плавно вращать, и, не прекращая вращения, снять систему парковки и вывести головки из пользовательской зоны.

Рис. 23. Внутреннее устройство системы позиционирования
накопителя Seagate Barracuda 7200.7, 160 GB.
Виден пакет магнитных головок, ось, на которой установлен БМГ,
катушка VCM, парковочные механизмы, ограничители.

Почему следует вращать диски при выводе головок из пользовательской зоны? Ответ прост: головки могут прилипнуть к поверхностям, если выводить их без вращения.

Прежде, чем вывести головки за пределы пластины, нужно озаботиться тем, чтобы они не слиплись. Если головка одна — можно и не заботиться об этом, но если их больше одной, то парные головки в пакете могут слипнуться. Дабы этого не произошло, можно проложить между головками полоску какого-нибудь нейтрального материала (например, кальки), либо поместить одну из головок в паре в специальный контейнер. Автор использует в качестве такого контейнера тонкие трубки для коктейлей, специально подготовленные:

Трубка разогревается до температуры, близкой к температуре плавления, после чего сплющивается до необходимой конфигурации (например, на нее можно сверху положить линейку и ждать, пока она застынет в нужной нам конфигурации). После этого трубку нарезаем на куски нужной длины и используем для упаковки головок. Такой же механизм я использую для сохранения использованных головок, только в контейнер помещается каждая из головок пары, и контейнер готовится из кальки, так как долгое хранение в трубке может привести к загибанию головки (пластик будет распрямляться…).

Контейнер из кальки делается следующим образом: Берём кусок кальки в форме прямоугольника, как показано на рис. 24, и сгибаем по диагонали. После этого сгибаем получившийся треугольник по диагонали еще раз и получаем плоский конверт, открытый с двух сторон. Одну сторону обрезаем под размер головок, вторую скрепляем степлером — конверт готов!

Рис. 24. Изготовление пакета из кальки для хранения головок чтения-записи.

Если у накопителя головок больше, чем две, то для упаковки малодоступных головок с нижних поверхностей нам понадобится тонкий загнутый под прямым углом пластиковый пинцет.

Итак, головки выведены и правильно упакованы. Теперь откручиваем винт (гайку — в зависимости от HDD), который крепит ось БМГ, и аккуратно, движением строго вверх, вытягиваем БМГ с оси. При проведении этой операции очень важно помнить, что БМГ не выносит статического электричества, поэтому идеально, если вы заземлены и работаете в резиновых перчатках. БМГ нужно вынимать, используя пинцет или пассатижи — извлечение БМГ руками может привести к порче проводников от головок к коммутатору.

Итак, головки извлечены. Проделаем ту же операцию для донора — и мы получим набор хороших головок, которые нужно установить в «больной» накопитель. Начнём установку с того, что аккуратно поставим БМГ на ось с помощью пинцета или пассатижей, и затянем крепящий его винт (гайку). После этого заводим головки на поверхности.

Собственно, это самая трудная часть работы — завести головки на поверхности. Если головок 1—2 — это делается легко, раздвигая головки пинцетом. Для большего количества головок нам потребуется либо десять рук, либо изготовить специальный инструмент для раздвижения головок. Таким инструментом могут быть два спаренных пинцета, приводящихся в действие одним нажатием, либо специальные устройства для одевания головок (мощная станина, на которой закреплена штанга с раздвигающими щупами — это уже зависит от вашей фантазии, как вы захотите это реализовать; лично я пользуюсь спаренными пинцетами и пластиковыми трубками для коктейлей).

После того, как головки помещены на поверхности, следует, вращая последние, аккуратно завести головки в парковочную зону. Для накопителей с внешней парковкой следует сначала установить парковочный элемент. Любой (!) посторонний звук — скрип, звук царапания и т.п. — и вы выводите головки назад и проверяете, все ли сделано правильно. Если этого не сделать, раскрутив шпиндель, такой накопитель вспашет свежую борозду на поверхности — а может быть, и перепашет её полностью. В вопросах восстановления данных поговорка «Семь раз отмерь — один раз отрежь» приобретает особенное, критическое значение.

Завели на место без приключений? Крепим назад парковочные элементы и ограничители, после чего приступаем ко второму по сложности шагу — возврату на место верхнего магнита позиционера. Жестко фиксируем гермоблок, захватываем магнит тонкими пассатижами и, используя борта станины гермоблока как рычаг, осторожно ставим магнит на место. После того, как магнит лег на место, поправляем его положение, прикручиваем все винты на место, и включаем накопитель. Если все сделано правильно и аккуратно — накопитель рекалибруется, определяется, и мы видим данные.

Да уж, эти винчестеры суть порождение зла. У них ось БМГ фиксируется крышкой гермоблока — поэтому при извлечении головок невозможно воссоздать оригинального положения крепящего винта и, соответственно, такой накопитель с первого раза «заводится» после замены головок нечасто. Однако есть одно радостное «но» — плотность их записи достаточно низка, что позволяет копировать данные с открытого накопителя. Естественно, при соблюдении условий чистоты. Итак:

Переставляем головки, после чего с помощью отвёртки, вставленной в винт, крепящий ось БМГ, находим то положение оси, при котором накопитель рекалибруется и отдает данные (рис. 25). Придётся сидеть и держать отвёртку — но зато потом можно ощутить заслуженную гордость за выполненную сложную работу!

Рис. 25. После замены головок автору пришлось вручную регулировать
угол наклона оси БМГ накопителя WD200BB для того, чтобы извлечь данные.
Работа продолжалась 1 час и 10 минут.

Успехов!